基于單片機的太陽(yáng)能LED路燈控制器設計

　　面對地球生態(tài)環(huán)境日益惡化、資源日益短缺的現實(shí)，當今世界各國政府采取了很多政策和措施，大力扶持和發(fā)展節能環(huán)保產(chǎn)業(yè)。 太陽(yáng)能LED 路燈是太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用和照明領(lǐng)域節能技術(shù)的綜合應用，具有環(huán)保節能的雙重優(yōu)勢。 據統計，照明消耗約占整個(gè)電力消耗的20% 左右，降低照明用電是節省能源的重要途徑。 太陽(yáng)能具有清潔環(huán)保和可再生的特點(diǎn)，而LED 照明是當前世界上最先進(jìn)的照明技術(shù)，是繼白熾燈、熒光燈、高強度氣體放電燈之后的第四代光源，具有結構簡(jiǎn)單、效率高、重量輕、安全性能好、無(wú)污染、免維護和壽命長(cháng)、可控性能強等特征，被認為是照明領(lǐng)域節電降能耗的最佳實(shí)現途徑。 有統計數據顯示，僅LED 路燈節能一項，每年就能為中國節省約一座三峽大壩所發(fā)的電力。 正是由于LED 照明燈具所具有的節能、環(huán)保優(yōu)勢，近年來(lái)，其全球產(chǎn)值年增長(cháng)率保持在20% 以上，中國也先后啟動(dòng)了綠色照明工程、半導體照明工程、"十城萬(wàn)盞"計劃等推進(jìn)該產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

　　本文設計的太陽(yáng)能LED 路燈控制器，先對太陽(yáng)能電池輸出和蓄電池電量等參數進(jìn)行檢測確定系統工作狀態(tài)，利用最大功率點(diǎn)跟蹤MPPT 算法實(shí)現電能的最大化收集，在電能的儲備完成后，利用PWM 技術(shù)調節LED 的亮度以進(jìn)一步節能，從而實(shí)現了整個(gè)系統的自動(dòng)控制和智能能量管理，更有利于太陽(yáng)能路燈的應用推廣。

　　1 太陽(yáng)能LED 路燈系統簡(jiǎn)介

　　1. 1 太陽(yáng)能LED 路燈系統的組成

　　太陽(yáng)能路燈系統由以下幾個(gè)部分組成：太陽(yáng)能電池板、LED 燈具（ 含LED光源、燈桿及燈具外殼） 、控制器、蓄電池組，如圖1 所示。

圖1 太陽(yáng)能路燈系統

　　1. 2 太陽(yáng)能LED 路燈系統的基本原理

　　利用光生伏特效應原理制成的太陽(yáng)能電池板白天接收太陽(yáng)輻射能并轉化為電能輸出，經(jīng)過(guò)充放電控制器儲存在蓄電池中；夜晚當照度逐漸降低，充放電控制器檢測到這一變化，蓄電池開(kāi)始對LED 路燈放電。 蓄電池放電約10 h后，充放電控制器動(dòng)作，蓄電池放電結束。

　　根據海南三亞的日照特征和城市道路照明設計標準，本系統選用組件參數如下： LED 路燈1 組（ 32 W, 24 V,1 . 4 A; LED 1 W 光源；4 組并聯(lián)，每組8 個(gè)串聯(lián)） ; 太陽(yáng)能電池板2 塊（ 每組額定輸出電壓18 V,工作電流為5. 6 A,開(kāi)路電壓為21. 2 V,短路電流為6. 1 A,峰值功率為80 W） ; 蓄電池（ 12 V,200 Ah; 過(guò)充電壓14. 8 V,浮充電壓12. 3 V,過(guò)放電壓10. 8 V） .

　　2 硬件設計

　　雖然太陽(yáng)能LED 路燈控制器在整個(gè)系統中是價(jià)值最小的部份，但是它卻是整個(gè)系統的核心控制部分。

　　一個(gè)設計先進(jìn)的控制器，除了完成最基本的充放電控制功能外，還能控制太陽(yáng)能電池方陣盡可能吸收太陽(yáng)能，提高效率； 能防止蓄電池過(guò)充電及深度放電，延長(cháng)蓄電池的使用壽命； 能根據環(huán)境，調節LED 光源的亮度，特別是在后半夜還能實(shí)現半功率點(diǎn)亮負載，從而盡可能節能等。 由于光伏電池板的輸出電力有很大的不確定因素、蓄電池的充放電特性非線(xiàn)性，另外兩者受環(huán)境影響較大，因此設計一個(gè)性能良好的充電放電控制器對系統性能有很大影響。 本文是對控制器設計的一個(gè)有益的探索。

　　本文設計的控制器是采用STC12C5410AD 單片機作為主控器件，該器件內置4 路PWM 通道，8路10 位ADC 通道，工作頻率高達35 MHz,指令兼容51 單片機但速度快8 ~ 12 倍，非常適合本設計要求。 由于兩組太陽(yáng)能電池采用串聯(lián)連接，輸出電壓為36 V,蓄電池電壓為12 V,LED 路燈工作電壓為24 V,因此充電電路采用DC /DC 降壓變換電路（Buck） ,放電電路采用DC /DC 升壓變換電路（Boost） ,通過(guò)軟件實(shí)現充放電的控制策略，從而最終達到提高效率、節能的目的（ 如圖2 所示）。本文重點(diǎn)論述充放電電路及其控制策略。

圖2 基于SIC 的太陽(yáng)能LED 路燈控制系統框圖